JP6398339B2 - 製造工場におけるスケジュール管理装置および製造工場の操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、１工程、又は２以上の工程を行う製造工場におけるスケジュール管理装置、および、これを用いた製造工場の操業方法に関する。

製造工場における計画立案業務の省力化、および作成する製造スケジュールの高度化を目的として、生産スケジューラ（以下において、「スケジューラ」と称する。）が活用されている。生産スケジューラは、生産する予定である製品の品種や受注情報によって定められるバッチサイズ、処理プロセス、および、処理時間などのパラメータ情報をもとに、対象工場特有の製造に関する制約条件を順守するように、生産ラインの工程や設備などのリソースの時間軸上に作業を割り付けて、一定期間の生産スケジュールを自動、または半自動で決定する。

スケジューラを用いて操業に適した高精度なスケジュールを作成するためには、スケジューリング計算に用いるパラメータ情報や、制約条件の変化をスケジューラに取り込んで、最新の情報に基づいてスケジュールを計算しなければならない。しかし、近年は需要家のニーズ多様化によるパラメータ数の増加、および要求品質の高度化による設備更新や製造条件の厳格化により、スケジューラのメンテナンスが課題である。

スケジューラの精度向上を目的として、操業の実績に関するデータが蓄積されたデータベースから、処理時間や搬送時間などのパラメータに関連する実績データを抽出して、実績データの統計値にもとづいてパラメータをオフラインで修正することが考えられる。しかし、修正すべきパラメータ数が多数ある場合は、パラメータごとに該当する実績データの抽出とパラメータ修正とを繰り返すことになるため、メンテナンスに長時間を要する。また、メンテナンスの時間を短縮するなどの目的でパラメータの更新頻度を少なくすると、実際の操業を反映したスケジュールを作成することができず、スケジュール通りに操業することが困難になる場合は、生産量などの目標値を達成できなくなる虞がある。

このようなスケジューラに関する技術として、例えば特許文献１には、生産製造計画立案時に、要素作業単位の実績データと設定パラメータとが異なるときは、実績データから算出されたパラメータに基づいて立案された生産計画や製造計画と、設定パラメータに基づいて立案された生産計画や製造計画とを比較し、あらかじめ設定してある生産量の許容範囲からずれていると判断されたときに、設定値を実績データに補正する、生産製造計画立案システムが開示されている。

特開２００５−１５７８１９号公報

スケジューラは、設定パラメータを用いて、工場特有の制約条件のもとで、スケジュールの計算方法として、例えば、ディスパッチングルールを用いたシミュレーション技法や線形計画法に代表される数理計画法を用いて、スケジュールを計算する。そのため、特許文献１に開示されている技術のように実績データを用いて設定パラメータのみを修正しても、考慮している制約条件や計算手法が出力結果に及ぼす影響を修正することはできない。
さらに、特許文献１に開示されている技術のように、製造工場における全体の時間の流れを把握することなく、各工程の所要時間やリードタイムなどの部分的な時間に関する設定値と実績値との誤差を監視するだけでは、例えばスケジュール全体の時刻が平行して遅れる場合に生じる、スケジュールと実績との時刻の不一致を検出することは難しい。それゆえ、この技術では、操業変更によるスケジュールと操業とのかい離を抑制し難い。

そこで本発明は、操業変更によるスケジュールと操業とのかい離を抑制することが可能な製造工場におけるスケジュール管理装置、および、これを用いた製造工場の操業方法を提供することを課題とする。

スケジュールを作成する際に用いる、各工程を開始してから終了するまでの所要時間（処理時間）や、前工程が終了してから次工程が開始されるまでの所要時間である処理間隔時間といった時間パラメータを、外部から再設定を可能とするように外部テーブルとし、この外部テーブルを、実績データを用いて更新、または学習する方法がこれまでに考えられてきた。しかし、事前に設定した時間パラメータの更新のみによって、たとえばＩｆ−Ｔｈｅｎルールが新たに制約条件に加わる場合などの操業上の変更を、スケジュールに反映させることは難しい。また、このような操業上の制約条件の変化によって生じた処理時間などの変化をパラメータ設定値に反映させたとしても、新たに生じた制約条件そのものを考慮してスケジュールを作成しなければ、対象とする工場の適切な能力を評価したスケジュールとなる保証はない。
このような状況を踏まえ、本発明者は、これまで用いられていた時間パラメータに加えて、各工程の開始時刻および終了時刻と、各工程の開始時刻および終了時刻の実績との誤差（時間誤差）を評価することに想到した。これにより、時間パラメータのテーブルのみではなく、スケジューラが考慮する、処理時間や処理間隔時間とは異なる制約条件や計算方法も考慮することが可能になるので、作成されたスケジュールが実操業を反映している状況にあるか否かを判断することが可能になる。その結果、操業変更によるスケジュールと操業とのかい離を抑制することが可能になると考えられる。
本発明は、このような知見に基づいて完成させた。以下、本発明について説明する。

本発明の第１の態様は、１以上の工程を有する製造工場におけるスケジュールを管理する装置であって、すべての工程の予定開始時刻および予定終了時刻を記憶するスケジュールデータ記憶部と、操業の進捗にともなって、すべての工程の開始時刻および終了時刻の実績データを収集して記憶する実績データ記憶部と、該実績データ記憶部に記憶された実績データとスケジュールデータ記憶部に記憶されたデータとから、実績とスケジュールとの時間誤差を算出するスケジュール実績比較部と、時間誤差の要因を入力する誤差要因入力部と、要因ごとに、実績とスケジュールとの時間誤差に関する統計値を計算する誤差統計値計算部と、誤差要因入力部に入力された要因を、実績とスケジュールとの時間誤差に関する統計値とともに記憶する誤差要因記憶部と、該誤差要因記憶部に記憶された要因および実績とスケジュールとの時間誤差に関する統計値を表示する誤差時間表示部と、を有する、製造工場におけるスケジュール管理装置である。

ここに、本発明において、「実績とスケジュールとの時間誤差に関する統計値」には、例えば、工程の終了時刻の実績データと当該工程の予定終了時刻との誤差の最大値（以下において、「累積誤差時間」と言うことがある。）や、スケジュール作成の対象になる期間（例えば、最初の工程へのリードタイムを考慮した、最後の工程が終了するまでの総時間）で累積誤差時間を除することによって得られる平均誤差時間などが含まれ得る。
実績とスケジュールとの時間誤差に関する統計値を把握することにより、実績とスケジュールとのかい離の程度を把握することが可能になる。実績とスケジュールとのかい離の程度を把握することにより、かい離を抑制するために必要な修正作業を行うことが可能になるので、このような形態にすることにより、操業変更によるスケジュールと操業とのかい離を抑制することが可能な、製造工場におけるスケジュール管理装置を提供することができる。

また、上記本発明の第１の態様において、さらに、誤差要因記憶部に記憶された時間誤差に関する統計値が、閾値を超えているか否かを判断する要因別誤差時間評価部を有し、該要因別誤差時間評価部で閾値を超えていると判断された場合に警告が発せられることが好ましい。このような形態にすることにより、実績とスケジュールとが一定以上かい離している場合に、それを把握しやすくなるので、上記効果に加えて、実績とスケジュールとのかい離を低減するための修正作業を早期に行いやすくなる。

本発明の第２の態様は、上記本発明の第１の態様にかかる製造工場におけるスケジュール管理装置を用いる、製造工場の操業方法である。本発明の第１の態様にかかる製造工場におけるスケジュール管理装置を用いることにより、操業変更によるスケジュールと操業とのかい離を抑制することが可能になるので、スケジュール通りの操業を達成する確率を向上させることが可能になる。その結果、生産性や歩留まりやコストに関する操業指標を向上させることが可能な、製造工場の操業方法を提供することができる。

本発明によれば、操業変更によるスケジュールと操業とのかい離を抑制することが可能な製造工場におけるスケジュール管理装置、および、これを用いた製造工場の操業方法を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる製造工場のスケジュール管理装置１００を説明する図である。 スケジュールのガントチャート例を示す図である。 実績データのガントチャート例を示す図である。 スケジュールおよび実績における各工程の処理時間を比較する図である。 時間誤差の発生時刻と時間誤差との関係を示す図である。 ２つの要因の、日別の平均誤差時間の推移を示す図である。

ここでは、工程１および工程２の２つの工程を行う製造工場を例示しつつ、本発明の実施形態について説明する。以下に例示する製造工場では、すべての製品に対して必ず工程１が行われ、その後、工程２で処理がなされると仮定し、１０個の製品について、工程１および工程２の製造スケジュールが作成されていると仮定する。そして、この製造工場では、工程１で４つの製品を処理する毎に、必ず３０分の間隔時間を確保して操業しなければならないという新たな制約条件が追加された下で、操業を行うと仮定する。

図１は、本発明の一実施形態にかかる製造工場のスケジュール管理装置１００を説明する図である。図１に示したスケジュール管理装置１００は、製造予定データ記憶部１と、該製造予定データ記憶部１およびパラメータ記憶部３に記憶されたデータを読み込んで製造スケジュールを計算するスケジュール計算部２と、該スケジュール計算部２で計算された製造スケジュールのデータを記憶するスケジュールデータ記憶部４と、該スケジュールデータ記憶部４に記憶されたスケジュールデータを表示するスケジュール表示部５と、スケジュール作成者がスケジュールの修正情報を入力するスケジュール情報修正部６と、を有している。さらに、スケジュール管理装置１００は、操業の実績データを記憶する実績データ記憶部７と、スケジュールデータ記憶部４および実績データ記憶部７に記憶されたデータを比較することにより誤差時間を算出するスケジュール実績比較部８と、スケジュール実績比較部８で算出された誤差時間を用いて誤差時間に関する統計値を計算する誤差統計値計算部１１と、誤差時間が生じた要因を作業者や操業管理者が入力する誤差要因入力部９と、該誤差要因入力部９で入力された誤差要因を、誤差統計値計算部１１で計算された誤差時間に関する統計値とともに記憶する誤差要因記憶部１０と、誤差要因記憶部１０に記憶されている誤差時間に関する統計値が閾値を超えているか否かを判断する要因別誤差時間評価部１２と、誤差要因記憶部１０に記憶されている要因別の誤差時間に関する統計値を表示する誤差時間表示部１３と、要因別誤差時間評価部１２で閾値を超えていると判断された場合に、誤差時間に関する統計値が閾値を超えていることを表示するスケジュール警告送信部１４と、を有している。

製造予定データ記憶部１は、製造予定である製品（ここでは１０個の製品）の品質やロットサイズなどの予定情報を記憶する部位であり、パラメータ記憶部３は、各工程の処理時間や、工程１と工程２との処理間隔時間といった時間パラメータを含む、スケジューリング計算に用いるパラメータを記憶する部位である。製造予定データ記憶部１およびパラメータ記憶部３に記憶されたデータは、スケジュール計算部２によって読み込まれ、スケジュール計算部２において、スケジュール作成対象期間（例えば８時間）における製造スケジュールが計算される。このようにして計算された製造スケジュールは、スケジュールデータ記憶部４に記憶される。スケジュール管理装置１００では、スケジュールデータ記憶部４に記憶されたデータが、スケジュールデータ表示部５に表示される。スケジュールデータ表示部５に表示されるデータは、スケジュール作成者が読み取り可能なように、例えばガントチャートや表などの形態で表示される。スケジュールデータ表示部５に表示可能な、スケジュールのガントチャート例を、図２に示す。図２には、１時０分に、１番目の製品に対する工程１の処理が開始され、７時２８分に、１０番目の製品に対する工程２の処理が終了する様子が示されている。なお、図２に示したスケジュールは、工程１で４つの製品を処理する毎に、必ず３０分の間隔時間を確保して操業するという制約条件が考慮される前のスケジュールである。

スケジュール情報修正部６は、スケジュール表示部５に表示されたスケジュールを確認したスケジュール作成者が、処理時間や時刻などを修正する必要がある場合に、修正すべき情報を入力する部位である。スケジュール情報修正部６に入力された情報は、スケジュール計算部２へと送られ、スケジュール計算部２において、スケジュール修正情報をもとにスケジュールが再計算される。スケジュール情報修正部６には、例えば、工程１で４つの製品を処理する毎に、必ず３０分の間隔時間を確保して操業しなければならないという制約条件を踏まえた修正情報が入力され、この修正情報を用いて、スケジュール計算部２においてスケジュールが再計算される。

このようにして確定されたスケジュールをもとに操業された実績データは、実績データ記憶部７に記憶される。実績データ記憶部７に記憶されるスケジュールのガントチャート例を、図３に示す。図３には、１時０分に、１番目の製品に対する工程１の処理が開始された後、制約条件を考慮して操業されたスケジュールの実績データが示されている。図３では制約条件が考慮されているので、工程１で４番目の製品に対する処理が終了してから５番目の製品に対する処理が開始されるまでの処理間隔時間、および、工程１で８番目の製品に対する処理が終了してから９番目の製品に対する処理が開始されるまでの処理間隔時間が、図２に示したスケジュールよりも長くなっている。図２に示したスケジュール、および、図３に示した実績の詳細データを、スケジュールと実績との時間誤差とともに、表１に示す。表１に示したように、ここで示した例では、工程１が終了してから工程２が開始されるまで、少なくとも１０分を要する。

スケジュールデータ記憶部４および実績データ記憶部７に記憶されたデータは、スケジュール実績比較部８によって読み込まれ、スケジュールと実績との時間誤差が計算される。スケジュールおよび実績における各工程の処理時間の比較を、図４に示す。図２および図３に示したように、５番目以降の製品では、工程１および工程２の開始時刻や終了時刻がずれているため、実績はスケジュールと異なっているにもかかわらず、図４を見ると、実績およびスケジュールにおける、すべての製品の工程１および工程２の処理時間の長さ（時間パラメータ）は一致している。すなわち、上記制約条件は、時間パラメータの修正のみではスケジュールと実績とのかい離を抑制できない例である。

時間誤差の発生時刻と時間誤差との関係を図５に示す。上述のように、図２に示したスケジュールでは未考慮であった制約条件を、実績では考慮した。そのため、図５に示したように、工程１で５番目の製品に対する処理が開始される時に時間誤差が発生し、工程１で９番目の製品に対する処理が開始される時に時間誤差が増大している。

再び図１に戻って、スケジュール管理装置１００に関する説明を続ける。誤差要因入力部９は、誤差時間が生じた要因を作業者や操業管理者が入力する部位であり、誤差統計値計算部１１は、スケジュール実績比較部８で算出された誤差時間を用いて、累積誤差時間や平均誤差時間などの誤差時間に関する統計値を計算する部位である。誤差要因入力部９に入力された誤差要因は、誤差統計値計算部１１で計算された誤差時間に関する統計値とともに、誤差要因記憶部１０に記憶される。ここでは、表１に示した誤差時間が、「工程１における連続処理制約」という名前のラベルとともに誤差要因入力部９に入力されたとする。

図２に示したスケジュールでは、すべての製品に対して、工程１における処理間隔時間（ある製品に対する処理が終了してから次の製品に対する処理が開始されるまでの時間）が１０分であるのに対して、要因「工程１における連続処理制約」では、４つの製品を１０分の処理間隔時間で処理してから次の製品の処理が開始されるまでの時間を３０分にする必要があるため、処理間隔時間が２０分延びている。また、１０個の製品を製造しているため、誤差時間は２回増大する。したがって、要因「工程１における連続処理制約」による累積誤差時間は、４０分である。また、累積誤差時間が４０分であることから、これをスケジュール作成対象期間の８時間で除することによって得られる平均誤差時間は、５分／１時間になる。そのため、「工程１における連続処理制約」における累積誤差時間は４０分、且つ、平均誤差時間は５分／１時間として、誤差要因記憶部１０に記憶される。

要因別誤差時間評価部１２は、誤差要因記憶部１０に記憶されている誤差時間に関する統計値が閾値を超えているか否かを判断する部位である。要因別誤差時間評価部１２で閾値を超えていると判断されると、スケジュール警告送信部１４へ警告を送信すべき旨の指示が伝えられ、スケジュール警告送信部１４からスケジュール表示部５へ向けて警告が送信される。これにより、誤差時間に関する統計値が閾値を超えていることを知らせる警告がスケジュール表示部５に表示される。
上記の例では、要因「工程１における連続処理制約」による累積誤差時間が４０分であり、この累積誤差時間が閾値を超えた場合に、スケジュール警告送信部１４からスケジュール表示部５へ向けて警告が送信され、誤差要因と誤差時間がスケジュール表示部５に表示される。スケジュール表示部５に警告が表示されていることを認識したスケジュール作成者は、処理開始時刻の遅れが発生する５番目の製品および９番目の製品に対して、工程１の開始時刻を、図２に示したスケジュールからそれぞれ２０分、４０分遅れるように修正した開始時刻を、スケジュール情報修正部６へと入力する。このようにして入力された、５番目の製品に対する工程１の修正後の開始時刻、および、９番目の製品に対する工程１の修正後の開始時刻は、スケジュール計算部２へと送られる。そして、入力された開始時刻指定情報に基づいてスケジュール計算部２でスケジュールが再計算されることにより、実操業に適したスケジュールを立案することが可能となる。

誤差時間表示部１３は、誤差要因記憶部１０に記憶されている要因別の誤差時間に関する統計値（累積誤差時間および平均誤差時間）を表示する部位である。誤差時間表示部１３に表示されている情報を把握することにより、誤差時間に関する統計値が恒久的に閾値を超えている場合には、例えば、該当する要因をスケジュール出力に反映させるように、スケジューラモデルへ制約条件を追加したりスケジューリングルールを変更したりするといった修正を、スケジューラシステム管理者が行うことができる。上記の例であれば、「工程１で４つの製品を処理する毎に、必ず３０分の間隔時間を確保して操業しなければならない」という制約条件をスケジューラモデルに加えることができる。

ここまで、時間誤差が変化する要因が１つである形態について説明したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明は、時間誤差が変化する要因が２以上である場合にも適用することができる。そこで、時間誤差が変化する要因が２つであり時間の経過により平均誤差時間が変化する場合について、以下に説明する。

２つの要因（要因１および要因２）の、日別の平均誤差時間の推移を図６に示す。ここでは、平均誤差時間の閾値を２分／時間とする。図６に示したように、要因１は３日以降から平均誤差時間が０以上であるが、閾値には達していないため、警告は出されない。これに対し、要因２は、平均誤差時間が２日から５日かけて閾値を超えた。そのため、要因２によって生じる誤差時間が警告としてスケジュール表示部５に表示される。

累積誤差時間のみではなく、平均誤差時間も評価するのは、例えば機械の故障などの短期的な影響により、予め作成されたスケジュールと操業実績との間に誤差が生じた場合であっても、時間経過とともに上記短期的な影響が解消された後は平均誤差時間が低下するため、時間経過による要因の影響変化を正しく捉えてスケジュールに反映させる効果が期待できるためである。

上記のように、要因別の平均誤差時間を時系列で監視することにより、スケジュールと実績との時間誤差および要因を早期に発見することが可能になるので、スケジュールと実績のかい離に大きな影響を及ぼす要因を特定することが可能になる。そして、要因を特定することにより、特定された要因を考慮してスケジュールを修正することが可能になる。このような特徴を有する本発明の製造工場におけるスケジュール管理装置を用いて製造工場を操業することにより、スケジュール通りの操業を達成する確率を向上させることが可能になるので、生産性や歩留りやコストに関する操業指標を向上させることが可能になる。

本発明に関する上記説明では、要因別誤差時間評価部１２で要因別の累積誤差時間が閾値を超えた場合に警告を送信する形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明は、平均誤差時間が閾値を超えたか否かを判断する形態にすることも可能である。上記例では、平均誤差時間が５分／１時間であるため、これが閾値を超えたか否かを判断する形態とすることができる。なお、要因別誤差時間評価部１２で用いられる閾値は、対象とする製造工場の作業時間やリードタイムによる値であるため一意に定まる値ではない。また、要因別誤差時価評価部１２における閾値は、要因１と要因２とで異なる値を設定することも可能である。

また、本発明に関する上記説明では、要因別誤差時間評価部１２で、時間誤差に関する統計値が閾値を超えているか否かが判断され、閾値を超えていると判断された場合に警告が発せられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。ただし、実績とスケジュールとのかい離を低減するための修正作業を早期に行いやすい形態にするなどの観点からは、誤差要因記憶部に記憶された時間誤差に関する統計値が、閾値を超えているか否かを判断し、且つ、閾値を超えていると判断された場合に警告が発せられる形態とすることが好ましい。

また、本発明に関する上記説明では、複数の工程を有する製造工場におけるスケジュール管理装置について例示したが、本発明のスケジュール管理装置が用いられる製造工場は、１つの工程のみが行われる製造工場であっても良い。

１…製造予定データ記憶部
２…スケジュール計算部
３…パラメータ記憶部
４…スケジュールデータ記憶部
５…スケジュール表示部
６…スケジュール情報修正部
７…実績データ記憶部
８…スケジュール実績比較部
９…誤差要因入力部
１０…誤差要因記憶部
１１…誤差統計値計算部
１２…要因別誤差時間評価部
１３…誤差時間表示部
１４…スケジュール警告送信部
１００…製造工場のスケジュール管理装置

Claims (3)

1. １以上の工程を有する製造工場におけるスケジュールを管理する装置であって、
   すべての前記工程の予定開始時刻および予定終了時刻を記憶する、スケジュールデータ記憶部と、
   操業の進捗にともなって、すべての前記工程の開始時刻および終了時刻の実績データを収集して記憶する、実績データ記憶部と、
   前記実績データ記憶部に記憶された前記実績データと前記スケジュールデータ記憶部に記憶されたデータとから、前記予定開始時刻と前記開始時刻の実績データとの誤差である開始時刻誤差、及び、前記予定終了時刻と前記終了時刻の実績データとの誤差である終了時刻誤差を含む、実績とスケジュールの時間誤差を算出する、スケジュール実績比較部と、
   前記時間誤差の要因を入力する、誤差要因入力部と、
   前記開始時刻誤差および前記終了時刻誤差が増大する毎に当該増大分を累積した累積誤差時間、または当該累積誤差時間をスケジュール作成対象期間の時間で除した平均誤差時間を含む統計値を、前記要因ごとに計算する、誤差統計値計算部と、
   前記誤差要因入力部に入力された前記要因を、前記統計値とともに記憶する、誤差要因記憶部と、
   前記誤差要因記憶部に記憶された前記要因および前記統計値の時間的推移を表示する、誤差時間表示部と、
   を有する、製造工場におけるスケジュール管理装置。
2. さらに、前記誤差要因記憶部に記憶された前記時間誤差に関する統計値が、閾値を超えているか否かを判断する要因別誤差時間評価部を有し、
   前記要因別誤差時間評価部で前記閾値を超えていると判断された場合に警告が発せられる、請求項１に記載の製造工場におけるスケジュール管理装置。
3. 請求項１又は２に記載の製造工場におけるスケジュール管理装置を用いる、製造工場の操業方法。

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